Приложение В (рекомендуемое). Методика построения композитных RGB-изображений по данным спектрорадиометра MODIS

Приложение В
(рекомендуемое)

Методика
построения композитных RGB-изображений по данным спектрорадиометра MODIS

В.1 Определение характеристик ледяного покрова на участках морской акватории, достаточно удаленных от береговых ГМС, возможно выполнить с помощью тематической обработки спектрорадиометрических спутниковых снимков.

В.2 Используя спутниковые снимки, для любой точки акватории можно определить наличие и тип льда на момент проведения наблюдения и с помощью специального программного обеспечения вычислить минимальное расстояние от рассматриваемого пункта до границы ледяного покрова или кромки припая, а также оценить среднесуточную скорость дрейфа и размер ледяных полей.

В.3 Процесс обработки и анализа снимков, получаемых с ИСЗ, включает в себя процедуры геолокализации всего снимка (определение географических координат каждого пикселя, получаемого изображения в WGS84), а также процедуры поиска и определения геоположения объектов (определение географических координат конкретного объекта), характеризующих ледовую обстановку в исследуемом районе.

В.4 Опыт проведения подобных исследований показывает, что для определения геоположения объектов, характеризующих ледовую обстановку, необходимо использовать снимки, выполненные не в видимом диапазоне, а представляющие собой RGB-изображение, синтезированное с применением данных об электромагнитном излучении на определенных длинах волн.

В.5 Данные об электромагнитном излучении земной поверхности на определенных длинах волн могут быть получены, в частности, с помощью спектрорадиометра MODIS, установленного на ИСЗ "TERRA" и "AQUA". Спектрорадиометр MODIS имеет 490 детекторов, которые измеряют электромагнитное излучение в 36 спектральных диапазонах, охватывающих видимую и инфракрасную область спектра. Необходимо отметить, что не во всех спектральных диапазонах детекторы имеют одинаковое пространственное разрешение (см. таблицу В.1). Лишь в диапазоне 1 (средняя длина волны 645 нм) и в диапазоне 2 (средняя длина волны 858 нм) пространственное разрешение составляет 250 м.

В.6 В практике проведения ледоисследовательских работ широко применяются синтезированные снимки, сгенерированные с использованием одной из двух комбинаций спектральных диапазонов: 3-6-7 или 7-2-1.

В.7 Использование спектральных диапазонов 3, 6 и 7 позволяет надежно выделять регионы, покрытые снегом или льдом, поскольку они имеют высокую отражающую способность в видимой части спектра (469 нм - средняя длина диапазона 3) и сильно поглощают в близкой инфракрасной области спектра (1640 нм и 2130 нм - средние длины шестого и седьмого диапазонов).

Таблица В.1 - Диапазоны спектрорадиометра MODIS

Номер диапазона	Средняя длина волны	Пространственное разрешение	Ширина диапазона	Номер диапазона	Средняя длина волны	Пространственное разрешение	Ширина диапазона
1	645 нм	250 м	50 нм	10	488 нм	1000 м	10 нм
2	858 нм	250 м	35 нм	11	531 нм	1000 м	10 нм
3	469 нм	500 м	20 нм	12	551 нм	1000 м	10 нм
4	555 нм	500 м	20 нм	13	667 нм	1000 м	10 нм
5	1240 нм	500 м	20 нм	14	678 нм	1000 м	10 нм
6	1640 нм	500 м	24,6 нм	15	748 нм	1000 м	10 нм
7	2130 нм	500 м	50 нм	16	869 нм	1000 м	15 нм
8	412 нм	1000 м	15 нм	17	905 нм	1000 м	30 нм
9	443 нм	1000 м	10 нм	18	936 нм	1000 м	10 нм
19	940 нм	1000 м	50 нм	28	7,33 мкм	1000 м	0,30 мкм
20	3,75 мкм	1000 м	0,18 мкм	29	8,55 мкм	1000 м	0,30 мкм
21	3,96 мкм	1000 м	0,059 мкм	30	9,73 мкм	1000 м	0,30 мкм
22	3,96 мкм	1000 м	0,059 мкм	31	11,03 мкм	1000 м	0,50 мкм
23	4,05 мкм	1000 м	0,061 мкм	32	12,02 мкм	1000 м	0,50 мкм
24	4,47 мкм	1000 м	0,065 мкм	33	13,34 мкм	1000 м	0,30 мкм
25	4,52 мкм	1000 м	0,067 мкм	34	13,64 мкм	1000 м	0,30 мкм
26	1375 нм	1000 м	30 нм	35	13,94 мкм	1000 м	0,30 мкм
27	6,72 мкм	1000 м	0,36 мкм	36	14,24 мкм	1000 м	0,30 мкм

В.8 При генерации снимка, использующего RGB-представление (красный-зеленый-голубой), на место первого канала (RED) подставляются данные, полученные с сенсоров, фиксирующих излучение в диапазоне 3, регионы, покрытые снегом или льдом, будут окрашены в оттенки красного цвета. Чем больше льда, тем больше абсорбция в коротковолновой части инфракрасного диапазона (диапазоны 6 и 7), и следовательно, тем большая яркость красного цвета присутствует в окраске региона.

В.9 Мелкие капли воды, присутствующие в облаках, хорошо рассеивают свет во всех используемых для генерации снимка диапазонах длин волн, поэтому облака имеют белую окраску. Однако присутствие кристаллов льда в облаках верхнего яруса придает им оранжевую окраску на снимке.

В.10 Морская вода будет выглядеть на снимке очень темной, почти черной, поскольку хорошо поглощает во всех используемых диапазонах, а возможное наличие в морской воде седиментов придаст ей темно-красный цвет.

В.11 Растительность абсорбирует свет на длинах волн 469 нм и 2130 нм, но обладает отражательной способностью на длине волны равной 1640 нм, и таким образом при передаче этих значений по второму каналу (GREEN) цифрового изображения даже малые участки, покрытые растительностью, будут отображаться на сгенерированном снимке оттенками зеленого цвета.

В.12 Учитывая данные, приведенные в таблице В.1, синтезированные снимки, использующие комбинацию диапазонов 3-6-7, могут иметь истинное пространственное разрешение только 500 м, поэтому для генерации снимка с истинным пространственным разрешением 250 м необходимо использовать данные измерений, выполненные в диапазонах 1 и 2.

В.13 Диапазон 1 принадлежит видимой части спектра, а диапазон 2 находится в близкой инфракрасной области, и в светлое время суток его данные отражают в большей степени видимое излучение. Таким образом, лед и снег обладают большой отражательной способностью для длин волн этих диапазонов. Облачность имеет высокую отражательную способность в инфракрасной области спектра, а именно в диапазонах 6 и 7, в которой излучение льда весьма мало.

В.14 Если при генерации снимка, использующего RGB-представление, на место второго (GREEN) и третьего (BLUE) канала подставить данные с сенсоров диапазона 2 и 1 соответственно, а на место первого канала (RED) - данные диапазона 6 или 7, то регионы, покрытые снегом или льдом, будут окрашены в оттенки голубого цвета. Чем больше льда, тем больше абсорбция в коротковолновой части инфракрасного диапазона и, следовательно, тем большая яркость голубого цвета присутствует в окраске региона.

В.15 Морская вода будет выглядеть на снимке очень темной, почти черной, поскольку хорошо поглощает во всех используемых диапазонах, а возможное наличие в морской воде седиментов придаст ей темно-синий цвет.

В.16 Таким образом, использование комбинации диапазонов 7-2-1 позволяет надежно выделять регионы, покрытые снегом или льдом, поскольку они имеют большую отражающую способность в видимой части света и сильно поглощают в коротковолновой части инфракрасной области спектра, а за счет высокого пространственного разрешения детекторов видимого диапазона полученный снимок хорошо отражает неоднородности ледяного покрова.